32772

Обратимые и необратимые процессы. Круговой процесс (цикл). Тепловые двигатели и холодильные машины. Термический КПД

Доклад

Физика

производит положительную работу за счёт своей внутренней энергии и количеств теплоты Qn полученных от внешних источников а на др. системой или над системой работа А равна алгебраической сумме количеств теплоты Q полученных или отданных на каждом участке К. Отношение А Qn совершённой системой работы к количеству полученной ею теплоты называется коэффициентом полезного действия кпд К. называется прямым если его результатом является совершение работы над внешними телами и переход определённого количества теплоты от более нагретого...

Русский

2013-09-05

52.5 KB

32 чел.

48.Обратимые и необратимые процессы. Круговой процесс (цикл). Тепловые двигатели и холодильные машины. Термический КПД.

ОБРАТИМЫЕ И НЕОБРАТИМЫЕ ПРОЦЕССЫ, пути изменения состояния термодинамич. системы. Процесс наз. обратимым, если он допускает возвращение рассматриваемой системы из конечного состояния в исходное через ту же последовательность промежут. состояний, что и в прямом процессе, но проходимую в обратном порядке. При этом в исходное состояние возвращается не только система, но и среда. Обратимый процесс возможен, если и в системе, и в окружающей среде он протекает равновесно. При этом предполагается, что равновесие существует между отдельными частями рассматриваемой системы и на границе с окружающей средой. Обратимый процесс - идеализир. случай, достижимый лишь при бесконечно медленном изменении термодинамич. параметров. Скорость установления равновесия должна быть больше, чем скорость рассматриваемого процесса. Если невозможно найти способ вернуть и систему, и тела в окружающей среде в исходное состояние, процесс изменения состояния системы наз. необратимым.

Необратимые процессы могут протекать самопроизвольно только в одном направлении; таковы диффузия, теплопроводность, вязкое течение и др. Для хим. р-ции применяют понятия термодинамич. и кинетич. обратимости, к-рые совпадают только в непосредств. близости к состоянию равновесия. Р-ция А + ВС + D наз. кинетически обратимой или двусторонней, если в данных условиях продукты С и D могут реагировать друг с другом с образованием исходных в-в А и В. При этом скорости прямой и обратной р-ций, соотв. , гдеи-константы скорости, [А], [В], [С], [D]- текущие концентрации (активности), с течением времени становятся равными и наступает химическое равновесие, в к-ром -константа равновесия., зависящая от т-ры. Кинетически необратимыми (односторонними) являются обычно такие р-ции, в ходе к-рых хотя бы один из продуктов удаляется из зоны р-ции (выпадает в осадок, улетучивается или выделяется в виде малодиссоциированного соед.), а также р-ции, сопровождающиеся выделением большого кол-ва тепла.

На практике нередко встречаются системы, находящиеся в частичном равновесии, т.е. в равновесии по отношению к определенного рода процессам, тогда как в целом система неравновесна. Напр., образец закаленной стали обладает пространств. неоднородностью и является системой, неравновесной по отношению к диффузионным процессам, однако в этом образце могут происходить равновесные циклы мех. деформации, поскольку времена релаксации диффузии и деформации в твердых телах отличаются на десятки порядков. Следовательно, процессы с относительно большим временем релаксации являются кинетически заторможенными и могут не приниматься во внимание при термодинамич. анализе более быстрых процессов.

Необратимые процессы сопровождаются диссипативными эффектами, сущностью к-рых является производство (генерирование) энтропии в системе в результате протекания рассматриваемого процесса. Простейшее выражение закона диссипации имеет вид:

гдесредняя т-ра, diS-производство энтропии, - т. наз. нескомпенсированная теплота Клаузиуса (теплота диссипации).

Обратимые процессы, будучи идеализированными, не сопровождаются диссипативными эффектами. Микроско-пич. теория обратимых и необратимых процессов развивается в статистической термодинамике. Системы, в к-рых протекают необратимые процессы, изучает термодинамика необратимых процессов.

Круговой процесс (цикл) в термодинамике, процесс, при котором физическая система (например, пар), претерпев ряд изменений, возвращается в исходное состояние. Термодинамические параметры и характеристические функции состояния системы (температура Т, давление р, объём V, внутренняя энергия U, энтропия S и др.) в конце К. п. вновь принимают первоначальное значение и, следовательно, их изменения при К. п. равны нулю (U = 0 и т. д.). Все изменения, возникающие в результате К. п., происходят только в среде, окружающей систему. Система (рабочее тело) на одних участках К. п. производит положительную работу за счёт своей внутренней энергии и количеств теплоты Qn, полученных от внешних источников, а на др. участках К. п. работу над системой совершают внешние силы (часть её идёт на восстановление внутренней энергии системы). Согласно первому началу термодинамики (закону сохранения энергии), произведённая в К. п. системой или над системой работа (А) равна алгебраической сумме количеств теплоты (Q), полученных или отданных на каждом участке К. п. (U = QА = 0,А = Q). Отношение А/Qn (совершённой системой работы к количеству полученной ею теплоты) называется коэффициентом полезного действия (кпд) К. п.

  Различают равновесные (точнее, квазиравновесные) К. п., в которых последовательно проходимые системой состояния близки к равновесным, и неравновесные К. п., у которых хотя бы один из участков является неравновесным процессом. У равновесных К. п. кпд максимален. На рисунке дано графическое изображение равновесного (обратимого) Карно цикла, имеющего максимальное кпд.

  К. п. называется прямым, если его результатом является совершение работы над внешними телами и переход определённого количества теплоты от более нагретого тела (нагревателя) к менее нагретому (холодильнику). К. п., результатом которого является перевод определённого количества теплоты от холодильника к нагревателю за счёт работы внешних сил, называется обратным К. п. или холодильным циклом.

Тепловой двигатель — тепловая машина, превращающая тепло в механическую энергию. Использует зависимость теплового расширения вещества от температуры. Действие теплового двигателя подчиняется законам термодинамики. Для работы необходимо создать разность давлений по обе стороны поршня двигателя или лопастей турбины. Для работы двигателя обязательно наличие топлива. Это возможно при нагревании рабочего тела (газа), который совершает работу за счёт изменения своей внутренней энергии. Повышение и понижение температуры осуществляется, соответственно, нагревателем и холодильником. Был предложен вариант вечного двигателя, нарушающего 2 закон термодинамики. Если не использовать холодильник и нагреватель, а просто встроить в поршень демона Максвелла, который будет пропускать в одну сторону горячие молекулы, а в другую холодные, то поршень придёт в движение. Если дать команду демону пропускать молекулы в другом направлении, поршень спустя какое-то время двинется в обратном направлении.

Работа, совершаемая двигателем, равна:

,где:

QH — количество теплоты, полученное от нагревателя,

QX — количество теплоты, отданное охладителю.

Коэффициент полезного действия (КПД) теплового двигателя рассчитывается как отношение работы, совершаемой двигателем, к количеству теплоты, полученному от нагревателя:


Часть теплоты при передаче неизбежно теряется, поэтому КПД двигателя менее 1. Максимально возможным КПД обладает двигатель Карно. КПД двигателя Карно зависит только от абсолютных температур нагревателя(
TH) и холодильника(TX):


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

36374. Чертежи общих видов щитов, пультов систем автоматизации. Правила выполнения 26.86 KB
  Чертеж общего вида единичного щита содержит следующие элементы: авид спереди фасадная плоскость; бвид на внутренние плоскости; втехнические требования; гтаблицу надписей табло и в рамках; дтаблицы для монтажа электрических и трубных проводок; еперечень составных частей; жосновную надпись и дополнительные графы. Чертеж общего вида составного щита содержит: вид спереди фронтальная плоскость; перечень составных частей; основную надпись и дополнительные графы. На чертежах общего вида щиты изображаются в следующих масштабах: 1:10...
36375. Моделирование как способ изучения, прогнозирования поведения и отображения объектов. Типы объектов. Виды моделирования 11.57 KB
  Существует два класса моделей: 1 физические которые представляют собой установки устройства воспроизводящие в том или ином масштабе исследуемый объект при сохранении физического подобия объекта. 2 абстрактные модели в них производится описание объекта на какомлибо языке как то речь чертеж схема математика. Совокупность математических соотношений описывающих характеристики объекта называется математической моделью объекта. Математическая модель отображает алгоритм функционирования объекта.
36376. ПИД – регулятор 31.47 KB
  Пропорциональная составляющая формирует на выходе управляющее воздействие пропорциональное ошибке Е. Дифференциальная составляющая формирует воздействие пропорциональное скорости изменения ошибки обеспечивает минимальное быстродействие ошибка Е по модулю всегда больше нуля. Интегральная составляющая формирует управляющее воздействие пропорционально площади ошибки т. Пропорциональная составляющая вырабатывает выходной сигнал противодействующий отклонению регулируемой величины от заданного значения наблюдаемому в данный момент времени.
36377. Прикладные программы 12.43 KB
  Прикладные программы предназначены для обработки данных пользователей ЭВМ. С помощью прикладных программ осуществляется решение: как отдельных задач так и системы взаимосвязанных задач. Область применения прикладных программ все отрасли человеческой деятельности. Эти программы находятся в постоянном развитии и расширении особенно в направлении применения оптимизирующих алгоритмов и представляются не в виде некоторого одного универсального комплекса а нескольких каждый из которых представлен совокупностью программ для разрешения вполне...
36378. Принцип действия пирометров спектрального отношения 125 KB
  Пирометры спектрального отношения измеряют цветовую температуру объекта по отношению интенсивностей излучения Еλ1 и Еλ2 в двух определенных участках спектра каждый из которых характеризуется эффективной длиной волны λ1 и λ2.Следовательно осуществив в приборе операцию логарифмирования можно свести измерение отношения интенсивностей излучения к измерению разности их логарифмов. Каждой температуре соответствует определенная длина волны на которой интенсивность излучения максимальна. В цветовых пирометрах определяется отношение интенсивности...
36379. Состав САПР. Компоненты видов обеспечения САПР 45.5 KB
  Составными частями САПР жестко связанными с организационной структурой проектной организации являются подсистемы в которых при помощи специализированных комплексных средств решается последовательность задач проектирования. Проектирующие подсистемы имеют объектную ориентацию и реализуют определенный этап проектирования или группы непосредственно связанных проектных задач например эскизное проектирование изделий проектирование корпусных деталей проектирование ТП механической обработки. Компоненты видов обеспечения Средства...
36380. Схемы внешних электрических и трубных проводок. Основные требования и правила выполнения 36 KB
  Схемы внешних электрических и трубных проводок. Схема соединений внешних проводок это комбинированная схема на которой показывают электрические и трубные связи между приборами и средствами автоматизации установленными на технологическом оборудовании вне щитов и на щитах а также подключения проводок к приборам и щитам. Схему подключения допускается не выполнять если все подключения могут быть показаны на схеме соединений внешних проводок. При необходимости раздельного изображения электрических и трубных проводок цеха участка...
36381. Учет персонала 29.58 KB
  Учет персонала. Взаимосвязи подсистемы Учет персонала : Из подсистемы АНАЛИЗ и УПРАВЛЕНИЕ приказы нормативы и запросы на получение информации. Информация из бухгалтерии о расходах на содержание персонала отчеты по начислениям з платы и прочие денежные выплаты. Различные отчеты и сводки для подсистемы АНАЛИЗ и УПРАВЛЕНИЕ об использовании персонала численность и качественный состав работников данные для статистики расходы на содержание персонала и т.
36382. Экстремальные регуляторы 51.93 KB
  Задача поиска экстремума разбивается на две части 1 определение отклонений от точки экстремума изучение объекта 2 организация движения к точке экстремума. ЭР с запоминанием экстремума: ЭР вкл в себя ЗУ зап. В резте устанавливается автоколебательный режим работы регра около точки экстремума. Если Х0 сигнум реле не меняет направление вращения ИМ если Х0 то производится реверс ИМ изменяется направление поиска экстремума.